符 群,鐘明旭,王 萍
(1.東北林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040;2.黑龍江省森林食品資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 哈爾濱 150040)
黑果腺肋花楸Aronia melanocarpa(Michx.)Elliott 是一種薔薇科腺肋花楸,屬落葉灌木,產(chǎn)于美國東北部的一種漿果,之后被蘇聯(lián)以及歐洲引進(jìn)[1]。我國于20世紀(jì)90年代開始引進(jìn)黑果腺肋花楸進(jìn)行種植栽培,先后從國外引進(jìn)8 個(gè)黑果腺肋花楸品種,其中果用型品種6 個(gè),觀賞型品種2個(gè)[2]。國家衛(wèi)生健康委員會(huì)于2018年9月評(píng)審?fù)ㄟ^黑果腺肋花楸果實(shí)為新資源食品[3]。研究表明,黑果腺肋花楸果實(shí)中最多的功能成分是總酚、黃酮、花色苷,具有非凡的抗氧化性能。與藍(lán)莓、紅樹莓、草莓等小漿果相比,黑果腺肋花楸中的總酚含量是最高的[4];在黑果腺肋花楸果實(shí)中,花色苷是活性物質(zhì)的第二大組成部分,約占干質(zhì)量的0.6%~2.0%,花色苷約占總酚含量的25%[5]。黑果腺肋花楸中還含有維生素B1、B2、B6、維生素C、煙酸、泛酸、葉酸和類胡蘿卜素成分[6]。Hirci 等[7]利用氣質(zhì)聯(lián)用的方法,分析出跟苯甲酸的衍生物含量有關(guān)的黑果腺肋花楸特殊香氣的成分。
鑒于該果實(shí)具有超強(qiáng)抗氧化活性成分和營養(yǎng)成分,其加工方式的研究相繼展開。Gawa?ek 等[8]研究了噴霧干燥條件對(duì)于黑果腺肋花楸果粉理化性質(zhì)的影響,探究了噴霧干燥黑果腺肋花楸汁的工藝;ángel Calín-Sánchez 等[9]研究了真空-微波聯(lián)合干燥和冷凍干燥對(duì)黑果腺肋花楸果粉干燥動(dòng)力學(xué),微觀結(jié)構(gòu)和感官特性的影響;Oszmiański等[10]利用高效液相色譜結(jié)合蒸發(fā)光散射檢測儀研究了黑果腺肋花楸果粉和果汁的成分含量。國外將黑果腺肋花楸果實(shí)開發(fā)為保健性果茶、果汁、保健性膠囊、果漿和片劑等系列深加工產(chǎn)品,并在市場上已有銷售[11]。在我國,果汁、果酒剛剛起步,黑果腺肋花楸系列深加工產(chǎn)品尚為空白。果粉既可直接調(diào)配為固體飲料又可以作為基礎(chǔ)性全果原料加工為其他產(chǎn)品形式,易貯運(yùn),易加工。本研究以黑果腺肋花楸為對(duì)象,分別采用熱風(fēng)干燥、噴霧干燥以及真空冷凍干燥對(duì)黑果腺肋花楸果實(shí)制粉,探究不同干燥方式下的果粉物理性質(zhì)、生物活性物質(zhì)含量和體外抗氧化的影響,通過差異性分析比較品質(zhì)指標(biāo),為其加工工藝提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。
1.1.1 實(shí)驗(yàn)材料
黑果腺肋花楸果:2018年采集于大興安嶺,低溫貯藏。
沒食子酸(≥98%),上海源葉生物科技有限公司;1,1-二苯基-2-苦肼基,天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司;TPTZ,上海源葉生物科技有限公司;CaCl2、FeSO4等均為國產(chǎn)分析純。
1.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器
酶標(biāo)分析儀(EPOCH12):BioTek Instruments,Inc.;BILON-6000Y 試驗(yàn)型噴霧干燥機(jī),上海比朗儀器有限公司;FD-1A-80 型真空冷凍干燥機(jī),上海比朗儀器有限公司;CM-5 全自動(dòng)色差儀;DHG-9240 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,上海一恒科技有限公司;T6 型紫外可見分光光度計(jì),上海普析通用儀器有限公司。
1.2.1 黑果腺肋花楸果的預(yù)處理
挑選新鮮、成熟、無物理損傷的黑果腺肋花楸果清洗、打漿,至果實(shí)完全破碎,制成均一果漿。
1.2.2 黑果腺肋花楸果的干燥方式
1)熱風(fēng)干燥法。將黑果腺肋花楸果漿平鋪于托盤中,置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中。在60℃下干燥18 h,收集干燥樣品混勻粉碎后過80 目篩。
2)噴霧干燥法。將預(yù)處理好的黑果腺肋花楸果漿進(jìn)行噴霧干燥。進(jìn)風(fēng)溫度200℃,出風(fēng)溫度80℃,風(fēng)機(jī)頻率60 Hz,蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速3 r/min,通針間隔1 s。干燥樣品粉碎后過80 目篩。
3)真空冷凍干燥法。先將黑果腺肋花楸果漿在-80℃的溫度下預(yù)冷凍10 h,而后以真空冷凍干燥機(jī)進(jìn)行干燥。冷阱溫度為-60℃,真空度為10 Pa,干燥37 h,干燥樣品粉碎過80 目篩。
1.3.1 色澤的測定
采用全自動(dòng)色差儀進(jìn)行測定[12]。用L、a、b值來表示黑果腺肋花楸的果粉色澤。ΔE 表示被測物體的色澤與標(biāo)準(zhǔn)白板色澤(L*、a*、b*)的差值。
1.3.2 溶解性(WSI)的測定
精密稱取1.00 g黑果腺肋花楸果粉于燒杯中,加入100 mL 蒸餾水高速攪拌5 min。攪拌后用離心機(jī)離心。采用3 000 r/min 的速度離心5 min。量取25 mL 的上層清液于預(yù)先恒質(zhì)量的燒杯中在105℃條件下干燥至恒質(zhì)量,并稱取干燥后燒杯的質(zhì)量[13]。
式(1)中:WSI 為水溶性指數(shù),%;M2為干燥至恒質(zhì)量后果粉和燒杯的質(zhì)量,g;M1為預(yù)先恒質(zhì)量的燒杯質(zhì)量,g;M0為果粉初始質(zhì)量,g。
1.3.3 堆積密度的測定
將黑果腺肋花楸果粉裝于10 mL 量筒內(nèi),填充至10 mL 刻度處,振實(shí)。稱量黑果腺肋花楸果粉的質(zhì)量[14]。黑果腺肋花楸果粉的堆積密度(ρb)的計(jì)算方法如下:
式(2)中:ρb為堆積密度,g/mL;M1為果粉和量筒的總質(zhì)量,g;M2為量筒的質(zhì)量,g。
1.3.4 流動(dòng)性的測定
流動(dòng)性的測定采用休止角注入法[15]并略作修改。將漏斗固定在鐵架臺(tái)上,漏斗下端距離坐標(biāo)紙8 cm,取10 g 黑果腺肋花楸果粉使其自由下落成圓錐狀。測定堆積圓錐的半徑r與圓錐的高度h,以h與r的比值作正切值來表征果粉的流動(dòng)性,計(jì)算公式如下:
1.3.5 黑果腺肋花楸果粉的得率
參考張麗華等[16]的方法。黑果腺肋花楸干燥前的質(zhì)量(M1)與粉碎后的果粉質(zhì)量(M2)的比率作為計(jì)算依據(jù)。
式(4)中:yi為得率,%。
1.3.6 含水率的測定
黑果腺肋花楸果粉的含水率采用直接干燥法進(jìn)行測定[17]。計(jì)算公式如下:
式(5)中:m為含水率,%;M2為干燥后燒杯和果粉的質(zhì)量,g;M1為燒杯的質(zhì)量,g。
1.4.1 總酚含量的測定
樣品中總酚的含量采用Folin-Ciocalteau方法[18]測定并略作修改。稱取1.00 g 黑果腺肋花楸果粉置于10 mL 離心管中,加入5 mL 80%的乙醇,微波超聲提取30 min,離心取上層清液。準(zhǔn)確量取0.1 mL適當(dāng)稀釋的提取液加入到試管中,加入7 mL 的蒸餾水,搖勻,再加入0.5 mL 的福林試劑,充分搖勻,加入1.5 mL 20%的Na2CO3及0.9 mL 蒸餾水。25℃溫度條件下避光水浴反應(yīng)1 h。在765 nm 的波長下測定吸光值。重復(fù)測定3 次取平均值作為可用值[19]。標(biāo)準(zhǔn)曲線以沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品溶液繪制,回歸方程為y=0.001 3x+0.022 4,R2=0.999 2。
1.4.2 黃酮含量的測定
樣品中黃酮的含量采用李曉英等[20]的方法測定并略作修改。如1.4.1 中將果粉超聲提取后,準(zhǔn)確量取0.5 mL 適當(dāng)稀釋的樣品加入到試管中,在試管中加入30%的乙醇至5 mL,充分搖勻,再加入0.3 mL 5%的NaNO2溶液。6 min 后加入0.3 mL 10%的Al(NO3)3溶液,充分搖勻,靜止放置6 min 后加入4 mL 1.0 mol/L 的NaOH 溶液,靜止反應(yīng)15 min。測定在510 nm 處的吸光值。用蘆丁作為標(biāo)準(zhǔn)品,在510 nm 處測定吸光值。繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=1.480 9x+0.013 3,R2=0.999。
1.4.3 花色苷含量的測定
樣品中的花色苷的含量采用pH值示差法測定。稱取1.00 g 果粉放入燒杯內(nèi),加入5 mL 70%乙醇,調(diào)節(jié)pH 值至3.0。于36℃條件下浸提2 h,過濾,離心。準(zhǔn)確量取1 mL 適當(dāng)稀釋的濾液于試管中,以pH 值1.0 的緩沖溶液定容至10 mL 置于暗處反應(yīng)50 min。準(zhǔn)確量取1 mL 適當(dāng)稀釋的樣品于試管中,以pH 值4.5 的緩沖溶液定容到10 mL,暗處反應(yīng)80 min。分別在510、700 nm波長下測定吸光值[19],重復(fù)測定3 次取平均值?;ㄉ盏挠?jì)算公式如下:
式(6)中:a為花色苷含量,mg/L;A為吸光度,A=(A1-A2)-(A3-A4);A1為pH 值1.0 溶液定容的樣液在510 nm波長下的吸光值,A2為pH值1.0溶液定容的樣液在700 nm 波長下的吸光值,A3為pH 值4.5 溶液定容的樣液在510 nm 波長下的吸光值,A4為pH 值4.5 溶液定容的樣液在700 nm波長下的吸光值;ε為矢車菊素-3-葡萄糖苷的消光系數(shù),26 900;DF 為稀釋因子;M為矢車菊素-3-葡萄糖苷的分子量,449.2。
1.5.1 清除DPPH 自由基能力的測定
參考符群等測定清除DPPH 自由基能力的方法[21]。在試管中加入2 mL 適當(dāng)稀釋的樣品液,加入2×10-4mol/L 的DPPH 乙醇溶液2 mL,充分混勻。室溫下避光反應(yīng)30 min,以乙醇作為參比,測量517 nm 波長下的吸光度(A1)。同樣操作,用等體積的無水乙醇代替樣品液,測定517 nm 波長出的吸光度(A0)。最后不加DPPH 乙醇溶液,用等體積的乙醇代替DPPH 乙醇溶液,加入2 mL的適當(dāng)稀釋的樣品液。同樣的方法測定吸光度(A2)。DPPH 自由基清除率的計(jì)算方法如下:
式(7)中:c為清除率,%。
1.5.2 果粉總抗氧化能力的測定
1)FRAP 工作液的配制:配制0.3 mol/L醋酸緩沖溶液、20 mmol/L 三氯化鐵溶液、10 mmol/LTPTZ 溶液。按照醋酸緩沖溶液∶三氯化鐵溶液∶TPTZ 溶液=10∶1∶1 的比例量取混勻,現(xiàn)用現(xiàn)配于37℃保溫30 min,得到FRAP 溶液[22]。
2)FeSO4標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制:依次配制0.3、0.6、0.9、1.2、1.5 mmol/L 的FeSO4·7H2O 標(biāo)準(zhǔn)溶液,在593 nm 處測定吸光度值,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線:y=0.662 1x-0.066 2,R2=0.999 6。
3)抗氧化能力的測定:在96 孔反應(yīng)板中加入20 μL 的適當(dāng)稀釋的待測液。然后加入FRAP 工作液180 μL。37℃恒溫水浴5 min。以全波長酶標(biāo)儀測定593 nm 波長處吸光度。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算提取物的還原能力,以FeSO4濃度來表示。
表1數(shù)據(jù)顯示,3 種干燥方式制備的果粉物理性狀均呈現(xiàn)顯著差異(P<0.05)。果粉得率由大到小依次為:熱風(fēng)干燥>真空冷凍干燥>噴霧干燥。在3 種干燥方法中,由于熱風(fēng)干燥工藝簡單,果粉含水高(15.98%),因此果粉得率最高;噴霧干燥法蒸發(fā)量大,水分及揮發(fā)性物質(zhì)分離較為完全,果粉得率最低。
表1 不同干燥方式對(duì)黑果腺肋花楸果粉物理特性的影響?Table 1 Effects of different drying methods on physical characteristics of Aronia melanocarpa powder
休止角體現(xiàn)了果粉的摩擦性能,休止角越小流動(dòng)性越好。熱風(fēng)干燥方式制得的果粉休止角為36.28°,其流動(dòng)性最好,真空冷凍干燥方法次之。
溶解度和分散性是果粉在水溶液中的分散行為,是評(píng)價(jià)果粉物理性能的重要指標(biāo)。噴霧干燥得到的果粉由于吸水性強(qiáng)且表面疏松,因此溶解性最好為99%,溶解度最差的是熱風(fēng)干燥果粉。真空冷凍干燥果粉分散性最強(qiáng),噴霧干燥果粉粉體細(xì)、質(zhì)地實(shí)、比表面積大,入水后表面迅速吸水而包圍了內(nèi)部的果粉,使得內(nèi)部果粉無法溶解,從而造成了較多的結(jié)塊,致使其分散性能最差,為90 s。
堆積密度影響商業(yè)成本,堆積密度越大運(yùn)輸包裝的成本相應(yīng)降低。3 種干燥方式果粉的堆積密度由大到小依次為:熱風(fēng)干燥>噴霧干燥>真空冷凍干燥。熱風(fēng)干燥法制得的果粉包裝運(yùn)輸成本更低。
3種干燥方式制備的果粉色澤差異性顯著(P<0.01)。由表2可知,L值大小依次為噴霧干燥>熱風(fēng)干燥>真空冷凍干燥。通過噴霧干燥方式制得的果粉顏色最為明亮,L值最大為54.59,真空冷凍干燥的果粉顏色暗,L值最低為16.89;真空冷凍干燥果粉的a值顯著小于其他樣品,熱風(fēng)干燥次之,噴霧干燥的果粉偏紅的程度最大;熱風(fēng)干燥果粉的b值最大為6.67,最小的是噴霧干燥的果粉。
表2 不同干燥方式對(duì)黑果腺肋花楸果粉色澤的影響Table 2 Effect of three drying methods on color of Aronia melanocarpa powder
新鮮的黑果腺肋花楸果皮紫黑,果肉呈暗紅色。由于真空冷凍干燥過程中的溫度較低,對(duì)黑果腺肋花楸果中花色苷等呈色物質(zhì)的破壞較小,能最大程度保持黑果腺肋花楸果的原有色澤,優(yōu)于其他干燥方式,經(jīng)噴霧干燥處理的果實(shí)色澤變化最為嚴(yán)重。
花色苷具有極強(qiáng)的抗氧化能力,具有預(yù)防心血管疾病、保護(hù)心臟等生理活性[23]。不同干燥方式對(duì)黑果腺肋花楸果粉花色苷的含量影響較大。
由圖1可知,3 種干燥方式制得的黑果腺肋花楸果粉花色苷含量由高到低依次為:真空冷凍干燥>熱風(fēng)干燥>噴霧干燥?;ㄉ盏慕Y(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,對(duì)溫度條件也比較敏感,在加工過程中容易受到多種因素影響而降解。真空冷凍干燥溫度較低能夠在較大程度上保持果粉花色苷的含量。噴霧干燥方法由于干燥溫度過高果粉中的花色苷大部分已經(jīng)降解導(dǎo)致花色苷含量最低,僅為0.15 mg/g。熱風(fēng)干燥所得果粉中的花色苷含量略高于噴霧干燥。熱風(fēng)干燥的果粉已經(jīng)發(fā)生非酶褐變,可能因?yàn)殚L時(shí)間處于過高溫度使花色苷結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生降解。
多酚類物質(zhì)具有較強(qiáng)的抗氧化、抗輻射、抗衰老等[24]功能。在氧化過程中,可以通過酶活性來減弱氧化反應(yīng)的產(chǎn)生??偡邮呛诠倮呋ㄩ敝泻孔罡叩纳锘钚晕镔|(zhì)。由圖1可知,3 種干燥方式中真空冷凍干燥制得的果粉總酚含量最多,多達(dá)42.29 mg/g??赡苷婵绽鋬龈稍镏械蜏睾驼婵窄h(huán)境抑制多酚氧化酶的活性,減少了多酚向醌類物質(zhì)轉(zhuǎn)化的發(fā)生,保留了大部分的多酚[25]。其次是熱風(fēng)干燥,果粉總酚含量最低的是噴霧干燥。秦丹丹等[26]研究表明在果蔬的加熱干燥過程中,總酚含量受到加熱時(shí)間長短的影響;鄒容等[27]研究表明干燥過程氧氣含量對(duì)金銀花總酚含量的變化有著較大的影響。噴霧干燥方式由于加熱溫度、加熱時(shí)間和氧氣含量的影響,對(duì)黑果腺肋花楸果粉中總酚損失要高于真空冷凍干燥和熱風(fēng)干燥。
圖1 不同干燥方式對(duì)黑果腺肋花楸果粉活性物質(zhì)的影響Fig.1 Effects of different drying methods on the active substances of rowan fruit powder
黑果腺肋花楸中的黃酮類化合物對(duì)預(yù)防和治療心腦血管疾病具有明顯的效果[28]。由圖1可知,3 種干燥方式中黃酮含量依次為真空冷凍干燥>熱風(fēng)干燥>噴霧干燥。真空冷凍干燥方式所制得的果粉黃酮含量為41.5 mg/g,黃酮含量大大超過其余兩種干燥方式。與酚類物質(zhì)類似,黑果腺肋花楸中黃酮對(duì)溫度條件比較敏感。熱風(fēng)干燥和噴霧干燥在干燥黑果腺肋花楸樣品時(shí)由于長時(shí)間處于較高溫度中,致使黃酮含量相對(duì)減少。因此真空冷凍干燥能最大程度上減少黃酮的損失。
1,1-二苯基-2-苦肼基(DPPH)是一種穩(wěn)定性強(qiáng)的自由基,如果受試物能將DPPH自由基清除,則提示受試物可以降低羥自由基、烷自由基或過氧化氫自由基的有效濃度[29]。
由圖2可知,3 種干燥方式的黑果腺肋花楸果粉對(duì)DPPH 自由基清除能力大小依次為真空冷凍干燥>熱風(fēng)干燥>噴霧干燥。真空冷凍干燥方式制得的果粉花色苷、總酚和黃酮含量均超過其他兩種方式,在抗氧化方面真空冷凍干燥具有明顯優(yōu)勢(shì)。樣品經(jīng)過干燥處理后的DPPH 自由基清除能力大小的變化趨勢(shì)與總酚和黃酮的含量變化趨勢(shì)趨于一致。
圖2 不同干燥方式對(duì)黑果腺肋花楸果粉體外抗氧化活性的影響Fig.2 Effects of different drying methods on antioxidant activity of rowan fruit powder in vitro
3 種干燥方式制得的果粉總抗氧化能力如圖2所示??偪寡趸芰Υ笮∫来螢檎婵绽鋬龈稍铮緹犸L(fēng)干燥>噴霧干燥。真空冷凍干燥方式制得的總抗氧化能力最強(qiáng)FRAP 值為197.11 mmol/L。噴霧干燥方式總抗氧化能力FRAP值僅僅為53.49 mmol/L。由于噴霧干燥方式的干燥溫度過高,果粉中具有抗氧化活性的物質(zhì)降解致使果粉的總抗氧化能力減弱。
通過實(shí)驗(yàn)比較了熱風(fēng)干燥、真空冷凍干燥和噴霧干燥對(duì)黑果腺肋花楸果粉物理特性、生物活性物質(zhì)含量和體外抗氧化能力等品質(zhì)的影響。3 種干燥方式對(duì)黑果腺肋花楸果粉品質(zhì)存在顯著性影響。噴霧干燥所制得的果粉流動(dòng)性最好,亮度最高,含水率最低,溶解性最好,但是其測定的所有生物活性物質(zhì)的保留量最低,花色苷的含量僅僅為0.15 mg/g,營養(yǎng)成分損失嚴(yán)重。真空冷凍干燥所制得的果粉分散性最好,溶解性較好,得率高,有效成分總酚、黃酮和花色苷的保留量均最高,具有最高的營養(yǎng)價(jià)值和抗氧化活性,綜合品質(zhì)最好。熱風(fēng)干燥所制得的果粉溶解性、流動(dòng)性稍差,果粉得率最高,但生物活性物質(zhì)及抗氧化性能均弱于真空冷凍干燥。從營養(yǎng)價(jià)值及產(chǎn)品品質(zhì)的角度出發(fā),真空冷凍干燥方式能夠最大程度地保留黑果腺肋花楸的營養(yǎng)成分,并表現(xiàn)出良好的物理特性;真空冷凍干燥設(shè)備形式多樣,標(biāo)準(zhǔn)化程度高,生產(chǎn)規(guī)??煽匦詮?qiáng),綜合品質(zhì)最佳,適宜在黑果腺肋花楸果粉的加工產(chǎn)業(yè)推廣。
本實(shí)驗(yàn)僅研究了單一的干燥方式對(duì)果粉品質(zhì)的影響,紅外-熱風(fēng)聯(lián)合干燥、熱風(fēng)-真空分段聯(lián)合干燥、微波-真空冷凍聯(lián)合干燥等協(xié)同聯(lián)合干燥方式也是未來應(yīng)用于干燥領(lǐng)域的新型技術(shù),對(duì)于優(yōu)化果粉物理性能、生物活性物質(zhì)含量及其活性均有待于進(jìn)一步研究。李偉等[30]利用熱風(fēng)-微波干燥法縮短了楊梅果粉的干燥時(shí)間,具有較高的堆積密度;張明等[31]研究了微波真空干燥和變溫壓差膨化干燥對(duì)金針菇菇根粉物理性質(zhì)的影響,制得的食用菌粉體粒度更均勻,跨度更小,粉體流動(dòng)性及壓片成型度優(yōu)良,水溶性提高,整體優(yōu)化了粉體的應(yīng)用性質(zhì)。黑果腺肋花楸果作為新一代藥食同源原料,通過新型生產(chǎn)技術(shù)的運(yùn)用,跟蹤其營養(yǎng)成分、活性成分及應(yīng)用性質(zhì)的研究,必將推動(dòng)該新資源食品向高附加值、長產(chǎn)業(yè)鏈的工業(yè)進(jìn)程發(fā)展。